KR20200082735A

KR20200082735A - 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품

Info

Publication number: KR20200082735A
Application number: KR1020180173608A
Authority: KR
Inventors: 박병욱; 김상구; 황재석; 이민호
Original assignee: (주)우성케미칼
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102152225B1

Abstract

본 발명은 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 우수한 유동성 및 성형가공성을 가지며, 보이드를 현저히 줄일 수 있으면서 탁월한 기계적 강도 및 탄성을 구현하는 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

Description

폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{POLYAMIDE MASTER BATCH COMPOSITION, POLYAMIDE RESIN COMPOSITION HAVING THE SAME AND PRODUCT PREPARED THEREFROM}

본 발명은 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 우수한 유동성 및 성형가공성을 가지며, 보이드(void)를 현저히 줄일 수 있으면서 탁월한 기계적 강도 및 탄성을 구현하는 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

온실가스 배출에 대한 규제가 강화됨에 따라 운송 수단의 연비 향상에 대한 관심이 증대되고 있다. 연비 개선의 일환으로 강도 대비 무게가 많이 나가는 스틸 등의 금속을 알루미늄이나 마그네슘으로 대체하는 시도가 이루어지고 있으나 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 이에 높은 경량화율과 가격경쟁력을 가질 수 있는 열가소성 수지가 적용된 복합소재에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.

열가소성 수지로는 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리옥시메틸렌(POM) 등이 있다.

이 중 폴리아미드는 내열성, 내마모성, 내화학성, 난연성 등의 우수한 물성을 가지는 것뿐 아니라 비중이 낮아 경량화에 유리하여 가격경쟁력이 높은 편이다. 또한, 성형성이 좋고 유리섬유와 같은 충전제 성분을 이용하여 물성 향상도 기대할 수 있어 자동차 부품 등에 폭넓게 적용되고 있다.

하지만, 기존의 스틸을 대체할 수준의 기계적 강도를 구현하는데 한계가 있다. 따라서 높은 기계적 강도를 포함한 제품의 물성을 만족시키기 위하여 다양한 충전제를 첨가하는 컴파운딩 기술이 요구된다.

한편, 제품 물성을 향상시키기 위하여 고함량의 유리섬유가 사용되고 있으나, 이는 유동성을 떨어뜨리고 가공성이 좋지 않아 압출공정이나 사출공정을 통해 성형이 어렵고 특히 제조된 제품에 보이드가 발생하여 물성을 오히려 저하시키고 외관 등의 품질을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

이에 용융물의 점성거동에 영향을 미치는 활제와 같은 유동 조절제를 사용하여 가공성을 향상시키고자 하지만, 이러한 첨가제를 추가하면 이에 따른 물성 저하를 해결하기 위한 또 다른 첨가제가 요구되는 등 공정이 복잡해지고 만족할 만한 물성을 기대하기 어려운 것이 현실이다.

본 발명은 비중이 낮아 경량화에 유리하면서도 내열성, 내화학성은 물론 인장강도 및 굴곡강도 등의 기계적 강도 및 높은 굴곡탄성을 구현할 수 있는 가지고, 특히 우수한 유동성 및 성형가공성과 동시에 보이드 발생을 현저히 줄임으로써 탁월한 외관 특성은 물론 물성 상승효과를 구현할 수 있는 폴리아미드 마스터배치 및 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 우수한 유동성 및 성형가공성을 가지며, 특히, 성형 시 발생될 수 있는 보이드를 현저히 줄임으로써 달성하고자 하는 기계적 강도 등의 물성 상승에 저하를 방지하고 동시에 외관이 탁월한 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 폴리아미드, 초분지형 폴리에스테르, 페나진계 화합물, 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 포함하는 폴리아미드 마스터배치 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물은 폴리아미드 30 내지 85중량%, 초분지형 폴리에스테르 10 내지 50중량%, 페나진계 화합물 1 내지 20중량%, 페놀계 산화방지제 0.05 내지 2중량% 및 포스파이트계 산화방지제 0.05 내지 2중량%를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물에 있어서, 상기 초분지형 폴리에스테르는 DIN 53240에 따른 OH value가 폴리에스테르 1g 당 150 내지 500 ㎎ KOH인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물에 있어서, 상기 폴리아미드는 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물에 있어서, 상기 페나진계 화합물은 니그로신 또는 인듈린인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 폴리아미드를 함유하는 베이스 수지, 상술한 마스터배치 조성물 및 유리섬유를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 베이스 수지 10 내지 45중량%, 마스터배치 조성물 1 내지 10중량% 및 유리섬유 50 내지 85중량% 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 수지 조성물에 있어서, 상기 유리섬유는 종횡비가 200 내지 1,000인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리아미드 수지 조성물에 있어서, 상기 폴리아미드 수지 조성물은 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 더 포함하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 양태는 상술한 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조되는 성형품에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형품은 KS M ISO 527에 의거하여 측정된 인장강도가 250MPa 이상이며, KS M ISO 178에 의거하여 측정된 굴곡강도 및 굴곡탄성율이 각각 380MPa 이상 및 20GPa 이상인 것일 수 있다. 또한, 스파이럴 플로우(spiral flow) 길이가 50㎝이상인 것일 수 있다. 나아가, 상기 성형품은 KS D 0227:2001에 의거하여 측정된 기공율이 1.0% 미만인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물은 우수한 기계적 강도는 물론 유동성 및 성형가공성이 탁월하며, 특히 유리섬유를 고함량 함유하면서도 가공 시 성형품의 보이드 발생을 현저히 줄일 수 있는 효과를 가진다.

본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 유리섬유의 함량이 매우 높음에도 불구하고 유동성이 크게 개선되어 압출 또는 사출 성형 가공 시 우수한 외관 특성을 가지면서도 기계적 강도 및 탄성이 향상된 효과를 가진다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 폴리아미드 마스터배치 조성물, 이를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 성형체에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있다. 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

본 발명에서 별다른 정의가 없는 한 ‘지방족 폴리아미드’는 분자 사슬 내에 방향족 고리를 함유하지 않는 것을 의미한다.

본 발명의 발명자는 낮은 비중을 가지면서도 뛰어난 기계적, 화학적 물성을 구현할 수 있는 폴리아미드 수지 조성물과 이를 이용하여 제조되는 성형품에 대한 연구를 심화하던 중, 폴리아미드, 초분지형 폴리에스테르, 페나진계 화합물, 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 포함하는 폴리아미드 마스터배치 조성물을 제공함으로써 유리섬유의 함량을 획기적으로 높일 수 있음에도 불구하고 동시에 우수한 용융 흐름특성을 가지며, 성형가공성, 외관 특성을 향상시킬 수 있고, 기계적 강도 및 탄성의 물성 향상은 물론 나아가 가공 시 보이드 발생을 현저히 줄일 수 있는 폴리아미드 수지 조성물을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 일 양태에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물은 폴리아미드, 초분지형 폴리에스테르, 페나진계 화합물, 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 포함한다. 이는 폴리아미드에 유리섬유를 혼합하는 과정에서 유리섬유의 분산 및 확산 특성을 향상시켜 그 함량을 획기적으로 높일 수 있으며, 고함량의 유리섬유에도 불구하고 우수한 유동 특성을 가지고, 가공 시 보이드 발생을 현저히 줄일 수 있다. 또한, 향상된 기계적 강도 및 탄성을 확보할 수 있고 동시에 탁월한 외관 특성을 갖는 성형품을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 폴리아미드는 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리아미드는 방향족 폴리아미드인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리아미드는 폴리아미드 6I, 폴리아미드 9I, 폴리아미드 10I, 폴리아미드 12I, 폴리아미드 6T, 폴리아미드 9T, 폴리아미드 10T, 폴리아미드 12T 및 폴리아미드 6T6I 등에서 선택되는 어느 하나의 방향족 폴리아미드인 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않는다.

상기 방향족 폴리아미드는 우수한 기계적 강도 및 탄성을 구현하고, 탁월한 유동성 및 성형가공성을 확보하는 데 있어 효과적이다. 특히, 마스터배치 조성물 내 방향족 폴리아미드는 조성물 내 다른 성분과의 조합으로 지방족 폴리아미드 대비 가공 시 보이드 발생 저하 측면에서 더욱 효과적이다. 즉, 마스터배치 조성물 내 폴리아미드로서 지방족 폴리아미드 단독으로 사용하는 것보다 유동성, 성형가공성 및 보이드 발생 저하 측면에서 보다 더욱 효과적이다.

상기 방향족 폴리아미드는 유리전이온도(T_g)가 80 내지 150℃, 구체적으로 110 내지 130℃인 것일 수 있다. 상기 범위에서 기계적 강도가 저하되지 않는 범위에서 우수한 유동성으로 성형 가공성을 향상시킬 수 있으나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 방향족 폴리아미드는 중량평균분자량이 10,000 내지 200,000g/mol, 바람직하게는 50,000 내지 150,000g/mol일 수 있다. 상기 범위에서 기계적 강도는 물론 내열성 및 내화학성을 향상시키는 측면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 폴리아미드는 마스터배치 조성물 전체 중량에 대하여 30 내지 85중량%, 구체적으로 45 내지 75중량%, 보다 구체적으로 50 내지 70중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 마스터배치 조성물을 폴리아미드 수지 조성물에 적용함으로써 물성 저하 없이 목적하는 효과를 달성하는 측면에서 효과적이다.

기존의 폴리아미드는 그 자체의 긴 고분자 사슬로 유동성이 좋지 않아 성형 가공성 향상을 위하여 높은 함량의 유리섬유를 함유하기 어려웠다. 이에 본 발명은 상기 폴리아미드와 동시에 초분지형 폴리에스테르, 페나진계 화합물, 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제의 조합하고, 이를 마스터배치화 하여 제공함으로써 물성 저하를 방지할 수 있으면서 탁월한 유동성 및 성형가공성을 확보할 수 있다. 또한, 우수한 외관 특성 나아가 보이드를 현저히 줄일 수 있는 효과를 구현한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 초분지형(hyperbranched) 폴리에스테르는 1차원 구조인 측사슬 또는 주사슬형 고분자와 달리 3차원 구조로, 많은 가지를 기본으로 하며 동일한 단량체 성분으로 중합되고 동일 유사한 중량평균분자량을 가지는 선형 고분자의 용융점도에 비하여 낮은 용융점도를 가진다. 특히, 본 발명에서 상기 초분지형 폴리에스테르는 마스터배치 조성물 내 성분들 간의 상용성을 높일 수 있으며, 상기 마스터배치 조성물이 폴리아미드 수지 조성물에 포함되는 경우 높은 함량으로 유리섬유가 함유되더라도 유동 특성을 현저하게 향상시킬 수 있는 특성을 가진다. 또한, 압출 또는 사출 시 가공성을 높일 수 있고, 특히 가공 시 보이드를 발생을 최소화하는 측면에서 매우 효과적이다. 이와 동시에, 인장강도, 굴곡강도 등의 기계적 강도 및 탄성을 향상시킬 수 있는 면에서 더욱 효과적이다.

상기 초분지형 폴리에스테르는 DIN 53240에 따른 OH value가 폴리에스테르 1g 당 150 내지 500 ㎎ KOH, 구체적으로 200 내지 400 ㎎ KOH인 것일 수 있다. 상기 범위에서 목적하는 물성 저하 없이 우수한 유동성, 성형가공성 및 외관특성을 확보하고, 성형품의 보이드 발생을 방지하는 측면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 초분지형 폴리에스테르는 일 구체예로, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

[화학식 1]

이때, R은 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.

상기 초분지형 폴리에스테르는 당업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있으며, 일예로 논문(Prog. Polym. Sci. 29 (2004) 183-275) 등을 참고하여 실시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 초분지형 폴리에스테르는 마스터배치 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 50중량%, 구체적으로 20 내지 40중량%, 보다 구체적으로 25 내지 35중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 마스터배치 조성물 내 성분들의 분산성을 향상시키고, 폴리아미드 수지 조성물의 목적하는 물성 달성 측면에서 더욱 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 페나진(phenazine)계 화합물은 둘 이상의 질소원자를 갖는 헤테로고리 화합물로, 구체예로, 니그로신(nigrosin) 및 인듈린(induline) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 페나진계 화합물은 마스터배치 조성물 내 다른 성분과의 조합으로 기계적 물성 저하 없이 유리섬유 함침률을 향상시키는데 유리한 특성을 가지며, 나아가 보이드 발생을 최소화하는데 효과적이다.

상기 페나진계 화합물은 마스터배치 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%, 구체적으로 5 내지 15중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 목적하는 물성 상승효과를 달성할 수 있는 면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 마스터배치 조성물은 압출 또는 사출 시 산화로 인하여 물성이 저하되는 것을 방지하는 것과 동시에 마스터배치 사용에 따른 유동성, 성형가공성 등 본 발명의 목적하는 물성을 달성하기 위하여 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제의 조합을 포함한다.

상기 페놀계 산화방지제는 가공에 따라 플라스틱 내에 생성된 라디칼을 페놀계 산화방지제 내에 있는 수소와 결합을 유도하여 라디칼을 안정화시키는 것과 동시에 페놀계 산화방지제 그 자신이 라디칼로 변하여 공명 효과 또는 전자의 재배열을 통하여 안정한 형태로 잔류하게 한다.

상기 페놀계 산화방지제는 일 구체예로, N,N'-헥산-1,6-디일비스 (3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온아미드), N,N'-디-2부틸-1,4-페닐렌디아민, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,4-디메틸-6-tert-부틸페놀, 2,6-디-tert-부틸페놀, 2,2'-에틸리덴-비스(4,6-디-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌-비스(6-tert-부틸-4-메틸페놀), 4,4'-부틸리덴-비스(2-tert-부틸-5-페틸페놀), 4,4'-티오비스(2-tert-부틸-5-메틸페놀) 및 옥타데실 3-(3,5-디-tert-부틸-4'-히드록시페놀)프로피오네이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 포스파이트계 산화방지제는 과산화물 분해제의 기능을 수행하여 라디칼이 생성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이는 상기 페놀계 산화방지제와 조합하여 상승효과를 구현한다.

상기 포스파이트계 산화방지제는 일구체예로, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리이소데실 포스파이트, 디페닐-이소옥틸-포스파이트 및 비스(2,6-디-tert-부틸-4-메틸페닐)펜타에리스리톨-디포스파이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제는 각각 본 발명이 달성하고자 하는 물성이 저해되지 않는 범위에서 그 함량이 적절하게 조절될 수 있으나, 마스터배치 조성물 전체 중량에 대하여 0.05 내지 2중량%, 구체적으로 0.1 내지 1.5중량% 포함될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 폴리아미드 마스터배치 조성물은 상술한 효과 이외에도 폴리아미드 수지 조성물에 유리섬유를 사용하여 기계적 물성을 강화하고자 하는 경우 열이력 발생으로 인한 물성 저하를 효과적으로 방지할 수 있으며, 나아가 향상된 분산성으로 균일한 물성 및 장기 내구성을 확보할 수 있는 면에서 매우 효과적이다.

본 발명의 다른 양태는 폴리아미드를 함유하는 베이스 수지, 상술한 마스터배치 조성물 및 유리섬유를 포함하는 것이다.

상기 베이스 수지는 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도 등의 기계적 강도는 물론 내열성, 내화학성의 물성을 구현하고자 폴리아미드를 포함한다.

상기 폴리아미드는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리아미드 마스터배치 조성물의 폴리아미드와 동일 또는 상이한 것일 수 있다. 바람직하게는 결정화 온도를 조절하여 우수한 유동성을 확보하여 성형 가공성을 향상시키기 위하여 상이한 폴리아미드를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터배치 조성물 내 사용되는 폴리아미드가 방향족 폴리아미드인 경우, 상기 베이스 수지는 지방족 폴리아미드를 사용하는 것이 목적하는 효과 달성에 더욱 효과적다.

상기 지방족 폴리아미드는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적인 예를 들면 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 910, 폴리아미드 912, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 1012, 폴리아미드 1210 및 폴리아미드 1212 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기와 같이 지방족 폴리아미드를 포함함으로써, 기계적 물성 확보는 물론 우수한 유동성을 확보하여 성형 가공성 및 외관 특성을 향상시킬 수 있으며, 제품 가공 시 발생되는 보이드를 현저히 줄일 수 있는 면에서 더욱 효과적이다.

상기 베이스 수지는 폴리아미드 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 10 내지 45중량%, 구체적으로 15 내지 40중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 마스터배치 조성물과의 우수한 혼화성으로 유리섬유 함침률을 더욱 증대시킬 수 있으며, 유동성 및 가공성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 폴리아미드 수지 조성물은 상술한 폴리아미드 마스터배치 조성물을 포함한다. 상기 마스터배치 조성물을 포함함으로써, 폴리아미드 조성물 내의 유리섬유의 함량을 극대화할 수 있으면서도 우수한 기계적 강도, 탄성, 내열성, 내화학성 및 장기 내구성을 구현할 수 있다. 또한, 동시에 용융 흐름성을 크게 개선하여 탁월한 성형가공성 및 외관 특성, 나아가 가공 시 보이드의 발생을 최소화할 수 있는 면에서 더욱 효과적이다.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리아미드 마스터배치 조성물은 폴리아미드 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 1 내지 10중량%, 구체적으로 2 내지 8중량%, 보다 구체적으로 3 내지 5중량%일 수 있다. 상기 범위에서 목적하는 효과를 달성하는데 더욱 유리하나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 유리섬유는 높은 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 향상시키는데 효과적이다.

상기 유리섬유는 폴리아미드 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 50 내지 85중량% , 구체적으로 55 내지 80중량% 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

기존의 폴리아미드 수지 조성물에 포함되는 유리섬유는 인장강도 및 인장탄성률 향상을 위하여 높은 함량으로 함유하려 하였으나, 조성물 총 중량에 대하여, 55중량% 이상으로 유리섬유가 제공되었을 때, 유동성이 현저하게 저하되어 가공성이 매우 저감되는 문제점이 있었다.

이와 달리 본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 조성물 전체 중량에 대해여, 50중량% 이상 높은 함량의 유리섬유를 포함하더라도 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 현저히 향상될 뿐만 아니라 우수한 유동성으로 압출 또는 사출 가공성이 탁월하게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 유리섬유는 최장 길이가 1 내지 10㎜, 구체적으로 2 내지 8㎜일 수 있다. 상기 유리섬유의 최장 직경은 1 내지 50㎛, 구체적으로 2 내지 20㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위에서 우수한 인장강도 및 인장탄성률 등과 같은 기계적 강도 향상 효과를 가진다.

상기 유리섬유는 종횡비(aspect ratio) 즉, 길이 방향과 수직한 단면도상 최장 직경(D) 대비 최장 길이(L)의 비율(L/D)이 200 내지 1,000, 구체적으로 200 내지 800일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 유동성 및 성형가공성을 확보하고 동시에 기계적 강도, 탄성을 현저히 향상시키는 측면에서 효과적이다.

또한, 상기 유리섬유는 단면이 원형, 타원형, 직사각형 및 아령형 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 형상을 가지는 것이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 유리섬유는 크게 제한되는 것은 아니지만, 유리섬유간의 마찰을 감소시킬 수 있고, 폴리아미드 수지 조성물 간의 결합을 제공하여 기계적 강도를 더욱 향상시키기 위하여 사이징 처리한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리섬유는 Amino-silane계, Epoxy-silane계, Methacrylate-silane계, Vinyl-silane계, Alkyl-silane계 및 Phenyl-silane계에서 선택된 어느 하나 이상의 실란을 사용한 희석용액으로 사이징 처리된 것일 수 있다.

상기 실란화합물은 크게 제한되는 것은 아니지만, γ-5-아미노프로필트리에톡시실란, n-트리메톡시-실릴-프로필-에틸렌-디아민, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-β-아미노에틸-γ-아미노프로필트리메톡시실란, 메틸-트리클로로실란, 메틸-트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필-트리메톡시-실란, γ-클로로프로필-트리메톡시-실란, 비닐-트리에톡시-실란, 비닐-트리스-(2-메톡시에톡시)실란, 비닐-트리아세톡시 실란, 옥틸트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란 및 γ-우레이도 프로필트리메톡시 실란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.

상기 사이징 처리된 유리섬유는 유리섬유 100중량부에 대하여, 실란화합물 0.01 내지 2중량부, 구체적으로 0.02 내지 1중량부를 사용하여 사이징 처리한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 함량으로 사이징 처리할 경우 가공성을 향상시키면서, 기계적 강도 및 탄성을 보다 향상시킬 수 있는 측면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 폴리아미드 수지 조성물은 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 산화방지제에 대한 것은 상술한 바와 같다.

상기 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제는 각각 폴리아미드 수지 조성물 내 함량이 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 크게 제한되지 않지만, 베이스 수지 100중량부에 대하여 0.05 내지 4중량부, 0.1 내지 2중량부일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물을 이용하여 제조되는 성형품에 관하여 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 일 양태에 따른 성형품은 상술한 폴리아미드 수지 조성물을 압출 또는 사출시킨 것일 수 있다.

상기 성형품은 가공 시 발생된 보이드가 최소화된 것을 특징으로 하며, 높은 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 가지고 동시에 탁월한 외관 특성을 구현한다.

본 발명의 일 양태에 따른 성형품은 KS M ISO 527에 의거하여 측정된 인장강도가 250MPa 이상, 구체적으로 250 내지 350MPa이며, KS M ISO 178에 의거하여 측정된 굴곡강도가 380MPa 이상, 구체적으로 380 내지 450MPa이고, 굴곡탄성율이 20GPa 이상, 구체적으로 20 내지 30GPa인 것일 수 있다.

통상의 폴리아미드 수지 조성물은 50중량% 이상의 유리섬유 함침률을 갖기 어려워 상기와 같이 높은 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 구현할 수 없었으나, 본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 획기적으로 향상된 유리섬유 함침률을 가지며, 현저히 높은 기계적 강도 및 탄성 뿐만 아니라 탁월한 외관 특성을 가진다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 성형품은 스파이럴 플로우(spiral flow) 길이가 50㎝이상, 구체적으로 60㎝이상일 수 있다. 보다 구체적으로는 스파이럴 플로우(spiral flow) 길이가 50 내지 90㎝, 구체적으로 60 내지 85cm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기와 같이 본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 높은 유리섬유 함침률에도 불구하고 우수한 유동성으로 압출 또는 사출 가공성을 향상되어 상기 스파이럴 플로우를 가질 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 성형품은 KS D 0227:2001에 의거하여 측정된 기공율이 1.0% 미만인 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 성형품은 10㎝×10㎝ 면적에서 유리섬유 돌출에 의한 표면 결함이 5개 이하일 수 있다. 바람직하게는 10㎝×10㎝ 면적에서 유리섬유 돌출에 의한 표면 결함이 2개 이하일 수 있다. 상기와 같이 본 발명에 따른 폴리아미드 성형품은 유리섬유 돌출에 의한 표면 결함이 현저하게 적은 외관이 깨끗하고 매끈하게 가공될 수 있다.

본 발명에 일 양태에 따른 성형품은 압출 또는 사출 등의 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 일 구체예로, 상기 성형품은 균일한 혼합을 위해서 스크류 조합이 가능한 동방향 회전 이축 압출기를 사용하여 압출할 수 있다. 상기 압출기는 통상의 수지 혼련에 사용될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 이때, 압출기의 실린더 온도는 200 내지 290℃의 범위를 만족하는 것이 폴리아미드 수지 조성물의 용융상태가 균일하게 유지되어 효과적이다. 또한, 상기 스크류의 회전수는 크게 제한되는 것은 아니지만, 200 내지 400 rpm, 바람직하게는 250 내지 350 rpm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 것이 열화를 줄일 수 있고 분산도가 우수하며, 제조되는 기계적 강도 향상은 물론 장기 내구성의 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 상술한 폴리아미드 수지 조성물로 제조되는 성형품을 제공한다. 상기 성형품으로는 자동차의 내외장재, 전기전자소재 및 건축자재와 같이 고강성이 요구되는 분야에 적용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 본 발명에 따른 성형품은 자동차의 카울 크로스 바(CCB, Cowl Cross Bar)와 같이 우수한 기계적 강도는 물론 내열성 및 내화학성이 요구되는 자동차 부품에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않는다.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

폴리아미드 6I(Evonik사 M5000) 62중량%와 초분지형 폴리에스테르(CHEMPIA사, acid value=275 mg KOH/g, melting point=145℃, specific gravity=1.1) 30중량%, 니그로신(ORIENT사 Spirit Black SZ) 7.7중량%, 페놀계 산화방지제(BASF사 Irganox1098) 0.15중량% 및 포스파이트계 산화방지제(BASF사 Irgafos168) 0.15중량%를 투입하여 직경이 30mm이고 L/D가 40인 동방향 이축 압출기를 이용하여 혼합하여 마스터배치 조성물을 제조하였다. 이때, 압출기의 조건은 150/200/230/240/230/230/230/230/240℃ 가열구간, 스크류 회전수 280rpm으로 혼합하였다.

다음으로, 폴리아미드 66(ASCEND사 21ZLV, RV 2.4) 31중량%, 마스터배치 조성물 4중량%, 유리섬유(OWENS CORNING사 T983) 65중량%를 혼합하여 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물 100중량부에 대하여 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 각각 0.2중량부 혼합하여 폴리아미드 수지 조성물을 제조하였다.

상기 폴리아미드 수지 조성물을 직경이 30㎜이고 L/D가 40인 동방향 이축 압출기에 넣고 혼합하여 펠렛 형태로 압출하였다. 이때, 혼합 시 압출기의 조건은 200/230/270/280/270/270/270/280/290℃ 9개의 가열구간을 가지는 이축 압출기를 이용하여 가공하였으며, 유리섬유는 Side Feeder를 이용하여 투입하고 스크류 회전수 350rpm으로 하였다. 제조된 펠렛을 300℃로 설정된 80 Ton 사출 성형기를 이용하여 물성평가를 위한 성형품을 제조하였다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 폴리아미드 66 27중량% 및 마스터배치 조성물 8중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 3)

실시예 1에서, 폴리아미드 66 30중량% 및 마스터배치 조성물 5중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 1)

실시예 1에서, 마스터배치 조성물을 사용하지 않고, 폴리아미드 66을 35중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 2)

실시예 1의 마스터배치 조성물에서 초분지형 폴리에스테르를 포함하지 않고, 폴리아미드 6I 함량을 82중량%, 니그로신을 17.7중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 3)

실시예 1의 마스터배치 조성물에서 니그로신을 포함하지 않고, 폴리아미드 6I 함량을 69.7중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 4)

실시예 1의 마스터배치 조성물에서 페놀계 산화방지제를 포함하지 않고, 폴리아미드 6I 함량을 62.15중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 5)

실시예 1의 마스터배치 조성물에서 포스파이트계 산화방지제를 포함하지 않고, 폴리아미드 6I 함량을 62.15중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(평가)

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 시편의 물성을 아래와 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 스파이럴 플로우(spiral flow)

실시예 및 비교예로 제조된 폴리아미드 성형품의 스파이럴 플로우를 측정하였다. 상기 스파이럴 플로우는 사출기(PRO-80MC(동신유압))에서 사출온도 300℃ 및 사출 압력 80kgf/㎠으로 실시하였다.

(2) 인장강도: KS M ISO 527에 의거하여 측정하였다.

(3) 굴곡강도: KS M ISO 178에 의거하여 측정하였다.

(4) 굴곡탄성율: KS M ISO 180에 의거하여 측정하였다.

(5) 기공율(%) : KS D 0227:2001 (아래 시편 사이즈 W24.8*H126.2*D8.4mm)에 의거하여 측정하였다.

(6) 외관 및 성형가공성

본 발명에 따른 실시예 및 비교예로 제조된 폴리아미드 성형품의 10㎝×10㎝ 면적에서 외관 및 성형가공성을 아래와 같이 평가하였다.

◎: 가공성이 매우 우수하며, 외관에 유리섬유 돌출에 의한 표면결함이 2개이하로 깨끗하고 매끄러움

○: 가공성 문제가 없으며, 외관에 유리섬유 돌출이 5개 이하임

△: 연속가공이 가능하나, 외관에 유리섬유 돌출이 6 내지 10개임

X: 연속가공이 불가능하며, 외관에 유리섬유 돌출이 10개 이상으로 요철이 심함

[표 1]

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들은 스파이럴 플루우가 향상되었으며, 기계적 강도 및 탄성이 우수한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이들 물성 상승효과와 동시에 보이드 발생율을 현저하게 낮추는 효과를 나타냈다. 반면, 비교예들은 실시예 대비 스파이럴 플루우가 낮고, 기계적 강도 및 탄성 등 전반적으로 물성이 저하되었다. 또한, 기공율이 상대적으로 매우 높게 나타났고 외관 및 성형 가공성 특성에서도 현저한 차이가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 정하는 것이 아니다.

Claims

폴리아미드, 초분지형 폴리에스테르, 페나진계 화합물, 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 포함하는 폴리아미드 마스터배치 조성물.
제1항에 있어서,
상기 마스터배치 조성물은 폴리아미드 30 내지 85중량%, 초분지형 폴리에스테르 10 내지 50중량%, 페나진계 화합물 1 내지 20중량%, 페놀계 산화방지제 0.05 내지 2중량% 및 포스파이트계 산화방지제 0.05 내지 2중량%를 포함하는 폴리아미드 마스터배치 조성물.
제1항에 있어서,
상기 초분지형 폴리에스테르는 DIN 53240에 따른 OH value가 폴리에스테르 1g 당 150 내지 500 ㎎ KOH인 폴리아미드 마스터배치 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리아미드는 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 폴리아미드 마스터배치 조성물.
제1항에 있어서,
상기 페나진계 화합물은 니그로신 또는 인듈린인 폴리아미드 마스터배치 조성물.
폴리아미드를 함유하는 베이스 수지, 제1항 내지 제5항 중에서 선택되는 어느 한 항의 마스터배치 조성물 및 유리섬유를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물.
제6항에 있어서,
상기 폴리아미드 수지 조성물은 베이스 수지 10 내지 45중량%, 마스터배치 조성물 1 내지 10중량% 및 유리섬유 50 내지 85중량% 포함하는 폴리아미드 수지 조성물.
제6항에 있어서,
상기 유리섬유는 종횡비가 200 내지 1,000인 폴리아미드 수지 조성물.
제6항에 있어서,
상기 폴리아미드 수지 조성물은 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제를 더 포함하는 폴리아미드 수지 조성물.
제6항의 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 성형품.
제10항에 있어서,
상기 성형품은 KS M ISO 527에 의거하여 측정된 인장강도가 250MPa 이상이며, KS M ISO 178에 의거하여 측정된 굴곡강도 및 굴곡탄성율이 각각 380MPa 이상 및 20GPa 이상인 성형품.
제10항에 있어서,
상기 성형품은 스파이럴 플로우(spiral flow) 길이가 50㎝이상인 성형품.
제10항에 있어서,
상기 성형품은 KS D 0227:2001에 의거하여 측정된 기공율이 1.0% 미만인 성형품.